探讨电梯振动现象及解决措施

随着经济的不断发展, 电梯在各城市中广泛运用。电梯的外观、运行舒适感、故障率等是评价电梯质量的重要指标。其中舒适感, 是用户衡量电梯厂家产品档次的一个重要方面。国家标准GB/T10058-1997规定, 乘客电梯轿厢运行时, 垂直方向和水平方向的振动加速度分别不大于25cm/s2和15cm/s2 (单峰值) , 一旦电梯起动运行, 轿厢的运行振动超过国家标准, 就会影响电梯的舒适感。

电梯公司生产的1台电梯在调试过程中, 出现振动现象。该电梯提升高度39m, 速度1.5m/s, 主要表现为电梯行至6至7层间出现高频振动, 并伴有“呜呜”的轿厢噪音, 当轿厢载荷为6、7人时, 振动最激烈。经检查, 6~7层楼段电梯导轨安装符合标准和技术要求。在调试过程中, 经轿厢轿顶加固处理, 振动现象有所减轻。在采取调频调速的措施中发现, 当曳引机速度变化时, 振动楼层区间相应出现变化 (升高或降低) 。当速度调至1.3m/s以下时, 高频振动现象在整个提升行程完全消失。根据上述现象, 可以应用振动的理论进行分析并采取有效的解决方法。

1 系统谐振 (共振)

电梯在运行过程中, 其自身结构系统会形成一个弹性系统, 具有自身的固有振动频率。而曳引机作为振源, 在电梯运行时, 会产生激振频率, 当两者的频率相等或接近时, 系统便会发生共振现象。电梯振动系统分为曳引机和承重梁系统以及轿厢和曳引绳系统, 其中任何一方的同有频率与曳引机的激振频率一致时, 都会使电梯系统发生共振现象。

1.1 曳引机和承重梁系统

承重梁承受着电梯的全部悬挂重量和曳引机重量。由力学理论可知, 承重梁会产生挠度, 因而会产生自己的固有频率ω0。

就该电梯而言, 采用2根承重梁, 其中承重梁长度L=2600mm, 1根承重梁的集中载荷:

弹性模量E=2.0×106kg/cm2, 惯性矩J=7110cm4则y=RL3/48EJ=0.0595 (cm) , 由挠度产生的系统固有频率:ω0= (g/y) 1/2=128 (rad/s) 振动频率:f0=ω0/2π=20.37 (Hz) 。

在重力的作用F, 承重梁产生静变形。承重梁相当于预应力作用下的静止弹簧, 其静挠度相当于弹簧的静伸长。此时若无外加激振力因素影响, 系统则保持静平衡。若系统受到外加激振力作用, 不论是来自系统内部, 还是外部, 当激振力的频率接近或等于系统的固有频率时, 系统会发生共振。

该电梯采用E M 2 4 0 0型曳引机, n=1465r/min, 则曳引机激振频率为:

从中可以看出两者频率不同, 也不很相近, 所以该振动系统不会造成电梯系统的共振。而且该系统振动频率与激振频率相同而造成系统系统共振的话, 则电梯在整个提升行程都会产生共振, 包括承重梁和主机系统以及整个电梯轿厢。这与该电梯的振动现象不合。

1.2 轿厢和曳引绳系统

轿厢由柔软的钢丝绳牵挂, 组成一个做上下往复运动的弹性系统。曳引绳系统可认为是弹簧, 轿厢对系统可认为是惯性元件的振动体, 见图1。

其固有频率:f0= (n ES/ML) 1/2

该电梯选用的钢丝绳的弹性模量E=56Kn/mm2, 绳径为12mm, 标准载重1t梯的轿厢重量M=1150kg, 由5条 (n=5) 钢丝绳牵引, 按以上公式计算: (2.8×104/1) 1/2 (1)

当轿厢满载时M=2150kg, 此时固有频率为:f0= (1.5×104/1) 1/2 (2)

由于该电梯振动发生在6、7楼之间, 1的值取22m~25m, 当电梯空载时:

当电梯满载时:f0=26.1Hz~24.5Hz

曳引机激振频率f=24.41Hz, 从中可以看出电梯趋于满载时, 其系统固有频率与曳引机激振频率接近, 从而造成电梯系统共振, 这与A梯的振动现象是一致的。

2 机械振动

电梯振动除了由共振引起的高频振动以外, 还有由机械或电气引起的低频机械振动, 其机理比较复杂, 但主要可归纳为几个方面。

2.1 机械方面

(1) 曳引机。蜗轮副侧间隙过大:蜗杆刚度偏低;蜗杆轴承磨损、径向跳动增大;电动机轴与减速器联接轴同轴度精度低;电机轴承磨损;径向跳动增大;速度编码器安装不良、反馈信号抖动。曳引机电机转于不平衡;绳轮不平衡等。该项主要靠曳引机本身的性能来保证。另外, 曳引机底座螺栓松动也是一大原因。

(2) 承重装置。承重梁的规格不合适、长短不合适, 刚度偏低。机座防震橡胶硬度和个数不合理, 安装位置不恰当。承重梁安装水平误差超标, 曳引机安装位置尺寸超差。

(3) 悬挂装置。绳头弹簧刚度过大或过小;钢丝绳松紧度相差太大;轿厢重心与曳引绳中心偏差太大等。

(4) 轿厢。轿厢结构不合理, 强度刚度不够, 轿厢壁板振动频率与系统振动频率相近, 产生共振;轿厢自重太轻, 动态性能差。轿底结构不合理, 防震橡胶数量、硬度及安装位置不合适。轿架结构变形、位移, 或者结构设计不合理, 强度刚度不够。

2.2 电气方面

(1) 电动机。转子与定子同轴度偏差过大, 因偏心产生不平衡单边磁拉力, 导致振动;各相回路阻抗不平衡, 从而产生负序旋转磁路造成振动, 一般出现在绕组重绕修复时因工艺不良、匝数不一致的电动机。

(2) 拖动和控制系统。三相电源电压或调速器输出三相电压不平衡;或者三相电流不平衡;速度反馈器件线路敷设不合理而受干扰;调速器中调节器P值过大, I值过小;调速器速度调节响应滤波时间选择不合适;调速器给定信号不稳定或受干扰;调速器称重补偿锁定信号不稳定。

4 解决方法

根据上述的理论分析, 可以判断该电梯的振动应属于系统共振性质。因此, 解决方法就是要改变电梯系统的固定频率避免发生共振。

(1) 改变曳引轮直径, 这样减速比就改变, 曳引机转速就可以改变, 从而改变共振频率。 (2) 降低电梯运行速度, 运行速度仍在额定速度的92%~105%范围内, 符合国家标准值。 (3) 修改机械结构以改变电梯系统的共振频率。对于该电梯因已进行了整体安装, 承重梁、导轨、曳引绳、绳头弹簧、轿底防震胶等不方便改动, 可行的方法就是:一是加强轿壁刚性, 增加围帮的数量, 以及围帮联接紧固件的数量;在壁权后面粘贴夹层材料。二是增加轿顶加强筋的数量, 在飞边与围帮联接侧增加加强筋。

我们将符合实梯整改的措施进行了现场的检验, 电梯共振已经不存在。其次, 调节电梯的速度, 使其速度下降到1.4m/s, 而该速度在额定速度 (1.5m/s) 的92%~105%的范围内, 起到降低激振源 (曳引机) 的激振频率的作用, 证明了上述理论和措施是符合要求的。

摘要：主要谈谈在电梯运行过程中出现了振动原因, 并提出了解决措施。

关键词：电梯,振动,解决措施